شبيه‌سازي جريانهاي با سطح آزاد و مقايسه شرايط مرزي تقارني و دقيق در سطح آزاد

Numerical Simulation of Free Surface Flows and Comparison of Symmetry and Real Boundary Conditions at the Free Surface

در شبيه سازي جريانهاي با سطح آزاد، اعمال شرط مناسب در سطح آزاد از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. براي شبيه سـازي سطح آزاد دو روش به كار رفته كه در يكي از آنها از شرط مرزي تقارني (تقريبي) و در ديگري از شرط مرزي دقيق استفاده شده است. براي اعمال شرط مرزي دقيق الگوريتمي معرفي شده كه آن را به صورت يك زيربرنامه به يك برنامه رايانه‌اي سه بعدي منطبق بر مرز، كه براي جريانهاي دائم بدون سطح آزاد به كار مي‌رود، اضافه كرده و به برنامه‌اي براي حل جريان دائم با سطح آزاد تبديل كرده‌ايم. اين الگوريتم به گونه‌اي است كه به ميزان قابل توجهي از ناپايداريهاي ناشي از امواج سطحي مي‌كاهد. براي اثبات كارايي اين برنامه آن را براي دو كانال رو باز اجرا كرديم. از مقايسه نتايج حاصل از اين برنامه با نتايج موجود، صحت عملكرد برنامه به اثبات رسيد. پس از آن برنامه را براي دو جريان كه با هم مخلوط مي‌شوند به كار برده و نتايج آن را با نتايج حاصل از مدل سطح تقارني مقايسه كرديم. اين مقايسه نشان داد كه اگر جابه‌جايي سطح آزاد كوچك باشد، هر دو مدل منجر به نتايج تقريباً مشابهي مي‌شوند

For implementation of the free surface boundary condition, a new subroutine has been introduced to an existing steady 3-D body fitted code. This code was previously written for steady flow simulation in closed ducts. The algorithm used in this subroutine reduces the instability problem according to the free surface wave generation. For code validation, it was applied to two different open channels. The results obtained for these test cases were compared with existing data. The comparison of the two sets of data was promising and proved that with this subroutine it is possible to predict the free surface position very well. The results of this routine were also compared with the symmetry boundary condition at the free surface for two mixing flows and it showed that, if the changes of the free surface elevation were small, the symmetry boundary condition could be considered as an accurate enough method